3.セラミックスの成形

セラミックスの成形

原料ができると形をととのえていきます。陶器(オールドセラミック)で例えると、ろくろの上で器を作っていく工程です。セラミックスの場合も、この段階で形を作り、つまり成形を行い、自分たちが意図した形に作り上げます。意図した形にできたら、そこから焼き固めて(焼結して)製品にしてます。

目次

成形についての簡単な説明
ろくろ成形
押し出し成形
射出成形
鋳込み成形
加圧成型<
CIP
HIP
テープ成形
テープ成形:ドクターブレード法
様々な成形方法
まとめ

成形についての簡単な説明

セラミックスはまず原料をうまく混合できると成形し、形を作ってから焼き固めて製品とします。焼結すると収縮するので、意図した寸法よりも大きく作るのが通常ですが、大きすぎるとその後の加工に時間を費やすので、特有のノウハウが必要です。硬度の高いセラミックスは、加工の時間や費用が過度にかかってしまうので気をつけなければなりません。粘土は可塑性があり、色々な成形法が用いられていますが、ファインセラミックスは、粘土のような可塑性がありませんので取扱がさらに難しくなります。

ろくろ成形

ろくろ成形

ろくろ成形

ろくろ成形は、回転している台の上に粘土を載せ、手で形を整えていく方法です。陶芸で知られる最も簡単な成形方法です。

押出成形

押出成形

押し出し成形

押出成形では、粘土をスクリューで口金部分から押し出し、棒状や筒状の成形体を作ります。連続成形に使われます。自動車排ガス除去の接触担持用ハニカム構造体の製造で知られています。

射出成形

可塑性がないセラミック原料には射出成形が使われます。熱可塑性樹脂を混合し、大量生産する品物の成型に利用されます。

鋳込み成形

鋳込み成形は、肉厚の薄い複雑な形状に適している成形方法です。泥しょうを石膏型に流し込み静置します。石膏型が水を吸い取り、分散された原料が石膏型の壁面に堆積します。適度な肉厚になったところで残りの泥しようを流し出し、壁面に堆積した部分を取り外すと、型通りの成形体が得られます。いくつかの部分に分けて作り、組み合わせて複雑な形状のものを作ることができます。

加圧成型

原料粉末を金型に入れて圧縮する方法。実験室などで用意られる汎用成形方法です。形を保持し易くするため、糊の役目をする有機バインダーを加えることもあります。また、型に均一に詰まるようにするため、軽く粒状に固まった団粒を形成させて(造粒)から圧縮成型することもある。

CIP

CIPは等方的な加圧成形です。等方的に加圧するために焼結体の微細構造バラツキが小さくなるのが特徴です。。

HIP

室内で加圧するCIPに比べ、HIPは高温で等方的な加圧を行う成形方法です。物質移動速度が大きいため、CIP以上に等方的な加圧が得られます。

テープ成形

テープ成形は、板状のセラミックスを成形することができます。情報化社会を支えるための基盤技術であり、積層化が求められる電子部品や基盤製造に利用されています。粉末を溶媒やバインダーと混合し、スラリーを作製する方法で通常はドクターブレード法が使われます。具体的には積層セラミックスはテープ成形法によって厚膜を利用しています。

テープ成形:ドクターブレード法

ドクターブレード法とは、テープ成形のひとつ。第一にセラミック粉末と有機結合剤を溶媒で溶いたペーストを作製する。第二に、そのペーストを移動するフィルム上に広げ、ひろがったペーストの厚さをフィルム状の設置した刃との間隔で決めます。溶媒は有機溶媒が環境に悪影響を及ぼすため、水が使われる事が多い。

ドクターブレード法

ドクターブレード法

様々な成形方法

・原料をさまざまな角度から圧力を加え作る加圧成形
・ゴムなどの型に充填し、圧力を加える冷間静水加圧成形
・口金(金型)を通して押出し、成形する押出成形
・原料に添加物を加え、流動性を持たせて、型内に加圧充填し、製品形状に近い形状にする射出・鋳込成形
・原料粉末にバインダーと溶媒を加えたスラリーを作り、薄い成形体を連続的に作るテープ成形
・超硬製の刃物やドリルが用いられる切削加工
・高温で成形体に圧力を加えて、気孔(空隙)などの少ない緻密な焼結体を得るホットプレス

まとめ

セラミックスの成形にはいろいろな方法がありますが、基本的には形を整えるという点については変わらないようです。成形の探せばどんどん出てきますし、会社ごとのノウハウもあると思います。ここでは原料を作った後、成形をするんだ、というまでに留めておき、次に焼結に行きましょう。